Темная материя: грядет ли революция в физике?

Что такое темная материя? Его никогда не наблюдали, но, по оценкам ученых, он составляет 85% материи во Вселенной. Короткий ответ заключается в том, что никто не знает, что такое темная материя. Более века назад лорд Кельвин предложил ее как объяснение скорости звезд в нашей Галактике. Спустя десятилетия шведский астроном Кнут Лундмарк заметил, что во Вселенной должно быть гораздо больше материи, чем мы можем наблюдать. Ученые с 1960-х и 70-х годов пытались выяснить, что это за загадочное вещество, используя все более сложные технологии. Однако все большее число физиков подозревает, что ответ может состоять в том, что такой вещи, как темной материи на всех.

История

Ученые могут наблюдать удаленную материю несколькими способами. Такое оборудование, как знаменитый телескоп Хаббл, измеряет видимый свет, в то время как другие технологии, такие как радиотелескопы, измеряют невидимые явления. Ученые часто тратят годы на сбор данных, а затем приступают к их анализу, чтобы лучше понять то, что они видят.


По мере того как поступало все больше и больше данных, становилось совершенно ясно, что галактики ведут себя не так, как ожидалось. Звезды на внешних краях некоторых галактик двигались слишком быстро. Галактики удерживаются вместе силой гравитации, которая наиболее сильна в центре, где находится большая часть массы. Звезды на внешних краях дисковых галактик двигались так быстро, что сила гравитации, создаваемая наблюдаемой материей, не смогла бы помешать им улететь в глубокий космос.

Ученые думали, что в этих галактиках должно быть больше материи, чем мы можем наблюдать в настоящее время. Что-то должно быть, не дает звездам улететь, и они назвали это чем-то темной материи. Они не могли точно сказать, какими свойствами он может обладать, за исключением того, что у него должно быть гравитационное притяжение, и его должно быть довольно много. На самом деле, подавляющее большинство Вселенной (колоссальные 85%) должны состоять из темной материи. В противном случае галактики не смогли бы существовать так долго, как кажется. Они бы распались, потому что гравитации не хватило бы, чтобы удержать на месте триллионы звезд.

Когда дело доходит до науки, проблема с чем-то, что вы не можете наблюдать, заключается в том, что об этом трудно сказать много. Поскольку темная материя не взаимодействует с электромагнитной силой, которая отвечает за видимый свет, радиоволны и рентгеновские лучи, все наши доказательства являются косвенными. Ученые пытались найти способы наблюдения за темной материей и делать предсказания, основанные на ее теориях, но без особого успеха.

Возможное решение

Теория гравитации Ньютона довольно хорошо объясняет большинство крупномасштабных событий. Все, от первого броска в игре янки до движения созвездий, можно объяснить с помощью теории Ньютона. Однако теория не является надежной. Теории общей и специальной теории относительности Эйнштейна, например, объясняли данные, которые не могла объяснить теория Ньютона. Ученые до сих пор пользуются теорией Ньютона, потому что она работает в подавляющем большинстве случаев и имеет гораздо более простые уравнения.

Темная материя была предложена как способ примирить ньютоновскую физику с данными. Но что, если вместо примирения нужна модифицированная теория. Именно здесь появляется израильский физик по имени Мордехай Милгром. Он разработал теорию гравитации (называемую «модифицированной ньютоновской динамикой»).Луна” для краткости) в 1982 году, в котором постулируется, что гравитация действует иначе, когда она становится очень слабой, например, на краю дисковых галактик.

Его теория не просто объяснять поведение галактик; Это прогнозирует их. Проблема теорий в том, что они могут объяснить практически все. Если вы входите в комнату и видите, что в ней горит свет, вы можете выдвинуть теорию о том, что космические лучи солнца попадают в скрытые зеркала именно таким образом, чтобы осветить комнату. Другая теория может заключаться в том, что кто-то щелкнул выключателем. Один из способов отделить хорошие теории от плохих — посмотреть, какая из теорий дает лучшие предсказания.

Недавний анализ Монда показывает, что он дает значительно лучшие предсказания, чем стандартные модели темной материи. Это означает, что, хотя темная материя может довольно хорошо объяснить поведение галактик, у нее мало предсказательной силы, и, по крайней мере, в этом отношении она является худшей теорией.


Только больше данных и дискуссий смогут свести счеты по темной материи и Монду. Однако принятие Монда в качестве лучшего объяснения разрушило бы десятилетия научного консенсуса и сделало бы одну из самых загадочных особенностей Вселенной гораздо более нормальной. Модифицированная теория может быть не такой привлекательной, как темные, невидимые силы, но у нее может быть то преимущество, что она является лучшей наукой.